JP3952955B2

JP3952955B2 - Articulated robot

Info

Publication number: JP3952955B2
Application number: JP2003009826A
Authority: JP
Inventors: 英郎成田; 尚範中村; 守彦大倉; 雅人白井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: DE102004002416B8; US7597025B2; DE102004002416B4; DE102004002416A1; JP2004216535A; US20040149064A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に工業用として用いられる多関節ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用ロボットとして極座標型多関節ロボットが多く用いられる。図８はその一例であり、基部３に第１アーム１が揺動自在に取り付けられ、該第１アーム１の先端に第２アーム２が揺動自在に取り付けられ、その先端に多方向型の手首機構４が備えられる。手首機構４の先端には必要なツールハンド、例えば溶接ガンや把持具などが取り付けられ、ロボットとしての作業を行う。
【０００３】
手首機構の一例として、特許文献１（特開昭６３−２８８６９０号公報）には、中央筒体とその両端の第１と第２の端筒体との３部材を、各筒体の軸線を互いに交叉する方向に向けてかつ互いに回動自在に連結し、各部材を相対回転させることにより、前記第２端筒体の先端の回転部材を３次元空間内の所期位置に導くようになした手首機構が記載されている。各筒体は伝動軸と歯車伝導機構を介して相対回転するようになっており、伝導軸の基端部は駆動源であるモータに連結している。他の手首機構として、特許文献２（特開平６−２１８８２号公報）には、２軸手首機構の駆動源としての２個のモータを動力ハウジングに収容した自蔵式のものが示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２８８６９０号公報
【特許文献２】
特開平６−２１８８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す従来のロボットは、第１アーム１と第２アームの長さでロボットの作動範囲を確保しようとするものであり、手首機構４までの関節数が少ないことから、ロボットに近い作動エリアでは、第１アーム１と第２アームの折れ曲がりによるデッドスペースが大きくなる傾向がある。そのために、近接して複数個のロボットを配置することが困難であり、ロボットが使用される環境も自ずと制限を受ける。
【０００６】
手首機構として上記公報に記載のようにコンパクトなものが知られているが、それ自体でロボットとして機能する訳ではなく、長さの長いアームを必要とするとともに、特に、特開昭６３−２８８６９０号公報に記載の３個の筒体を伝動軸と歯車伝導機構を介して相対回転するように構成したものは、駆動源である１つのモータからすべての駆動軸に動力伝達するようにしており、機構的に複雑となる。
【０００７】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、広い作動エリアを持ちながらデッドスペースを小さくすることができ、また、各関節を動かすのに必要な動力伝達系も簡素化することのできる、改良された多関節ロボットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による多間接ロボットは、アームが複数の関節アームを連接することにより構成されており、そこにおいて、関節アーム同士が第１の旋回軸を介して接続している箇所と、該第１の旋回軸の軸心線に傾斜した軸心線を持つ第２の旋回軸を介して接続している箇所とをそれぞれ少なくとも１箇所以上有しており、各旋回軸を駆動するモータおよび減速機構は各旋回軸ごとに配置されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の多間接ロボットは、各関節ごとに駆動源としてのモータと減速機構を備えるようにしており、ロボット全体の駆動機構と動力伝達機構はきわめて簡素化される。そして、例えば水平旋回軸である第１の旋回軸により接続された関節アームと、第１の旋回軸の軸心線に傾斜した軸心線を持つ第２の旋回軸（傾斜旋回軸）により接続された関節アームとが、好ましくは交互に複数個が連接してアーム全体を構成するようにしており、図８に示すような従来の第１のアームと第２のアームを備えた形態のロボットと比較して、デッドスペースを小さくすることができる。そのために、多数のロボットを近接して配置することが可能となり、ロボットの使用環境に対する自由度も大きくなる。
【００１０】
第１の旋回軸の軸心線に対する第２の旋回軸の傾斜角度に特に制限はないが、好ましくは４５度である。また、前記のように、第１の旋回軸と第２の旋回軸とが交互に位置するようにして多数の関節アームを配列することが、アーム先端に取り付けるツールハンドの３次元空間での位置制御を容易にする観点から好ましいが、ロボットの使用環境に応じて、例えば第２の旋回軸（傾斜旋回軸）による連接部を２カ所以上連続するようにしてもよい。その際に、第１の旋回軸に対する第２の旋回軸の傾斜角度を各第２の旋回軸ごとに異なるようにすることもできる。
【００１１】
本発明による多関節ロボットの１つの態様において、各第１の旋回軸および第２の旋回軸は中空部を有しており、多関節ロボットの操作に必要なケーブル類、例えば、アーム先端に取り付けるツールハンドを操作するためのケーブル、配管や配線類、あるいは、上位に位置するモータのための配線類、などが該中空部を通過して配置される。この態様では、アームの外側にはケーブルや配線類が存在しないので、アームがロボット周辺の機器と接触する危険性を排除することができ、ロボット同士を近接して配置すること、被加工物をより近くに配置することが可能となり、操作環境の安全性の確保と共に、省スペース化ももたらされる。
【００１２】
本発明による多関節ロボットの１つの態様において、各関節アームはそこに接続する第１の旋回軸または第２の旋回軸のいずれか一方を駆動する１個のモータを備えるようにされる。また、他の態様では、複数の関節アームのうちの、一端に第１の旋回軸を他端に第２の旋回軸を備えた複数個の関節アームにおいて、前記第１の旋回軸と第２の旋回軸とをそれぞれ駆動する２つのモータを備えた関節アームと、モータを備えない関節アームとが交互に接続するようにされる。後者の態様では、モータを備えない関節アームが存在することにより、同じ関節数のロボットであっても、前者の態様による場合よりもアームの全長を短くすることが可能となる。低い作業高さが求められる環境下では、この態様はきわめて有効となる。
【００１３】
一般に、この種のロボットなどで使用されるモータは、駆動部であるモータ本体部分に加えて、位置制御のためのエンコーダとブレーキを一体に備えるのが普通である。そのために全長が長くなり、関節アーム内に取り付けたときに、その先端が関節アームを構成するケーシングから飛び出すようになりがちとなる。前記のように、関節アームから外側に飛び出たものがある場合、周囲との干渉を排除するために、周囲のスペースを大きく取る必要がある。関節アーム径を大きくすることにより、飛び出しを防ぐことができるが、本来省スペース化を目的とする本発明の多関節ロボットの趣旨に反する。
【００１４】
本発明による多関節ロボットの１つの態様は、このような事情からなされたものであり、少なくとも１個の関節アームにおいて、該関節アームはモータとは独立したブレーキ装置を備えるようにし、該ブレーキ装置は減速機構を構成する歯車に対してモータと並置して配置するようにしたことを特徴とする。この態様では、モータの全長を短くすることができ、関節アームの径を太くすることなく、駆動系全体を当該関節アーム内に収容することが容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により本発明を説明する。図１、図２は本発明による多関節ロボット１０の一実施の形態を示しており、この例において、関節数は６であり、関節アームは７個で構成されている。第１の関節アームＡ１はベースＧに固定されて機台として機能するものであり、駆動源としてのモータＭ１とケーブル類の導入孔１１を備える。モータＭ１はエンコーダとブレーキ装置を内蔵した形式のものであり、回転駆動軸１２を水平方向に向け、その先端にベルギア１３を取り付けている。
【００１６】
第１の関節アームＡ１には中空の固定軸１４が垂直方向に立設しており、該軸１４に外嵌合するように水平旋回軸（本発明でいう「第１の旋回軸」に相当する）１５が装着されている。水平旋回軸１５の下端にはベベルギア１６が取り付けてあり、モータの回転駆動軸１２に取り付けたベベルギア１３と噛み合っている。なお、ベベルギア１３とベベルギア１６との噛み合いは１つの減速機構を形成している。図２の拡大図によく示すように、第１の関節アームＡ１の上端面には、中空の固定軸１４の軸心線Ｌ１（同時に水平旋回軸１５の軸心線でもある）と同心円上に、ベアリングＢのアウターレースＢ１が固定されている。一方、水平旋回軸１５側にはベアリングＢのインナーレースＢ２が適宜の手段を介して固定されると共に、その上端には、スラストベアリング１７などを介して円筒形状である第２の関節アームＡ２の下端面２１が固定されている。従って、モータＭ１が回転駆動すると、その回転はベベルギア１３およびベベルギア１６を介して水平旋回軸１５に伝えられ、第２の関節アームＡ２は３６０度の範囲で回転する。この水平旋回軸１５の部分は第１関節を構成する。
【００１７】
第２の関節アームＡ２は円筒形であり、上端面はその軸心線（軸心線Ｌ１と一致している）に対して４５度で傾斜した傾斜面２２とそれに続く水平面２３とで形成され、内部に空間２４を有している。なお、水平面２３は第２の関節アームＡ２の高さを低く抑えるためのものであり、高さ制限がない場合には、上端面すべてが傾斜面２２とされていてもよい。
【００１８】
第２の関節アームＡ２の上には、下端面がその軸心線に対して４５度で傾斜した傾斜面３１とされた円筒形の第３の関節アームＡ３が位置している。第２の関節アームＡ２と第３の関節アームＡ３とは、その傾斜面２２と傾斜面３１とが、軸心線Ｌ１に対して４５度で傾斜しかつ軸心線Ｌ１と交差する軸心線Ｌ２を持つ傾斜旋回軸（本発明でいう「第２の旋回軸」に相当する）３２により相対回転可能に連接されている。
【００１９】
すなわち、第２の関節アームＡ２の傾斜面２２には軸心線Ｌ２を中心線とする開口２５が形成され、また、軸心線Ｌ２の同心円上には、上記したベアリングＢと同様のベアリングＢのインナーレースＢ２が固定されている。一方、第３の関節アームＡ３の傾斜面３１には、前記軸心線Ｌ２を中心線とする中空の固定軸３３が傾斜面３１に対して垂直方向に取り付けてあり、該固定軸３３は第２の関節アームＡ２の前記空間２４に達している。固定軸３３に外嵌合するようにして傾斜旋回軸３２が装着されており、その上端（第３の関節アームＡ３側）には歯車３４が取り付けられる。傾斜旋回軸３２の外周部は、第３の関節アームＡ３の傾斜面３１に固定された前記ベアリングＢのアウターレースＢ１と適宜の手段を介して一体化している。
【００２０】
第３の関節アームＡ３内にはモータＭ２が備えられており、モータＭ２の回転駆動軸に取り付けた歯車３５と歯車３４は噛み合っている。従って、モータＭ２が回転駆動すると、その回転は歯車３５および歯車３４を介して傾斜旋回軸３２に伝えられ、それにより、第３の関節アームＡ３は第２の関節アームＡ２に対して相対的に３６０度の範囲で回転することができる。この傾斜旋回軸３２の部分は第２関節を構成する。
【００２１】
第３の関節アームＡ３の上端面は水平面３６となっており、そこには、前記第１の関節アームＡ１の上端面におけると実質的に同じようにして水平旋回軸１５Ａが装着される。すなわち、水平面３６の中心には開口３７が形成されており、その中心線は図示のようにロボット全体が垂直姿勢となったときに、前記軸心線Ｌ１と一致するようにされる。前記開口３７の軸心線を中心線とする中空の固定軸１４Ａが垂直方向に固定され、該固定軸１４Ａに外嵌合するように水平旋回軸１５Ａが装着される。
【００２２】
水平旋回軸１５Ａの下端には歯車１６Ａが取り付けてあり、第３の関節アームＡ３内に装着されたモータＭ３の回転駆動軸に取り付けた歯車（図１、図２には示されない）と噛み合っている。第３の関節アームＡ３の上端水平面３６には、固定軸１４Ａの軸心線と同心円上にベアリングＢのアウターレースＢ１が固定され、水平旋回軸１５Ａの外周部にはベアリングＢのインナーレースＢ２が適宜の手段を介して固定される。そして、水平旋回軸１５Ａのの上端には、スラストベアリング１７Ａなどを介して、前記第２の関節アームＡ２と同じ構成の第４の関節アームＡ４が同様にして固定される。従って、モータＭ３が回転駆動すると、その回転はその歯車と歯車１６Ａを介して水平旋回軸１５Ａに伝えられ、第４の関節アームＡ４を第３の旋回アームＡ３に対して相対的に３６０度の範囲で回転させる。この水平旋回軸１５Ａの部分は第３関節を構成する。
【００２３】
第４の旋回アームＡ４の上には、前記第３の旋回アームＡ３と同じ構成の第５の旋回アームＡ５が同様にして配置され、両者を連接する傾斜旋回軸３２Ａの部分は第４関節を構成する。さらに、第５の旋回アームＡ５の上には、再び、前記第２の関節アームＡ２と同じ構成の第６の関節アームＡ６が同様にして配置され、両者を連接する水平旋回軸１５Ｂの部分は第５関節を構成する。そして、第６の関節アームＡ６の上に、前記第３あるいは第５の旋回アームＡ３、Ａ５から、その上端の水平旋回軸１５Ａ，１５Ｂを取り除き平坦面５０とした構成の第７の旋回アームＡ７が同様にして配置され、両者を連接する傾斜旋回軸３２Ｂの部分は第６関節を構成する。第７の旋回アームＡ７の平坦面５０はツールハンド取り付け面とされ、そこに溶接ガン、塗装ガンや把持具などのツールハンドが取り付けられて、６関節からなる多関節ロボット１０とされる。
【００２４】
なお、図１、図２において、Ｃは多関節ロボット１０の操作に必要なケーブや配管、配線類であり、各関節アーム内の空間および各旋回軸に形成した中空部を通して、必要とされる箇所まで案内される。このように構成することにより、関節アームの外側にケーブルや配線類が位置しないこととなり、ケーブル類がロボット周辺の機器と接触する危険性を回避することができる。もちろん、上記した中空部を利用することなくケーブル類を配設することもできる。その場合には、各旋回軸に形成した中空部が不要となる。
【００２５】
上記の形態では、第３と第５の関節アームＡ３，Ａ５内に、その上下端に配置した水平旋回軸および傾斜旋回軸のための２個の駆動モータ（例えば、Ｍ２とＭ３）を収容し、第２，第４，第６の関節アームＡ２，Ａ４，Ａ６内には駆動モータを収容しないようにした。そのために、第２，第４，第６の関節アームＡ２，Ａ４，Ａ６の全長を、そこに１個のモータを収容する場合よりも短いものとすることができ、同じ関節数でありながら、個々の関節アームに駆動モータを配置する場合よりも、ロボットの全長を短縮することができる。
【００２６】
図３は、図１、図２に示した多関節ロボット１０の垂直面での動作範囲を説明している。モータＭ２を駆動して第２関節（傾斜旋回軸３２）を１８０度回転させると、垂直姿勢であったロボットはＰ１あるいはＰ２で示す水平姿勢となる。その姿勢でモータＭ１を駆動すると第１関節（水平旋回軸１５）が回転し、ロボットは水平姿勢を保ったままで３６０度の範囲を回転する。Ｐ１またはＰ２の姿勢で第４関節（傾斜旋回軸３２Ａ）を１８０度回転させると、水平姿勢であった第４関節よりも先の部分はＰ３で示す垂直姿勢となる。その状態で第３関節（水平旋回軸１５Ａ）を回転させると、第４関節よりも先の部分はその垂直面内で３６０度の範囲で移動する。さらに、Ｐ３に示す姿勢で第６関節（傾斜旋回軸３２Ｂ）を１８０度回転させると、垂直姿勢であった第６関節よりも先の部分はＰ４で示す水平姿勢となる。その状態で第５関節部分（水平旋回軸１５Ｂ）を回転させると、第６関節よりも先の部分はその水平面内で３６０度の範囲で移動する。図３でのロボットの先端を結ぶ曲線はその最外縁の移動軌跡を描くものであり、図１に示す形態のロボットの最大作動範囲を示している。
【００２７】
図４はロボットの先端部分が垂直姿勢を取るときの作動範囲を示す図であり、各関節の具体的な移動態様の説明は省略するが、図３の場合と同様、ロボットの先端を結ぶ曲線により、図１，図２に示す形態のロボットでの、上記姿勢での最大作動範囲を把握することができる。
【００２８】
図５は上記の多関節ロボット１０の使用態様の一例を示している。上記したように本発明による多関節ロボットは、簡単な構成でもって、基部から溶接ガンや把持具などのツールハンドの取り付け端までの間に多くの関節を持たせることができ、そのために、従来型のロボットと比較して、その作動範囲でのデッドスペースをきわめて小さくすることができる。そのために、図示のように、複数個の多関節ロボット１０をより狭いエリアに互いに接近して配置することが可能となり、従来のように溶接ガンを備えた溶接ロボットとしての使用に加えて、溶接されるワークＷを保持するための保持ロボットとしての使用も可能となる。ワークＷの種類、形状、大きさが異なっても、同じロボット群で容易に保持することが可能であり、この使用態様は実用上の大きな利点となる。
【００２９】
図６は他の形態の多関節ロボット１０Ａを示している。ここでは、各関節アームに１個ずつ駆動モータを備えるようにしている。すなわち、関節アームＡ２にモータＭ１を取り付けて第１の関節（水平旋回軸１５）を操作し、関節アームＡ３にモータＭ２を取り付けて第２の関節（傾斜旋回軸３２）を操作し、以下、同様にに関節アームＡ７まで、それを繰り返している。この態様では、すべての関節アームに駆動モータを保持させたので、個々の関節アームの長さは長くなるが、アーム自体の径を細くできる利点がある。この形態のロボットの操作および作動範囲は前記した形態のものと同様であり、説明は省略する。
【００３０】
図７はさらに他の形態のロボットにおける、図２での矢視Ｘ方向からみた場合の状態を示している。図１、図２に示した多関節ロボットでは、モータはすべてエンコーダとブレーキ装置を内蔵した形式のものとして説明したが、ここでは、モータＭと独立したブレーキ装置ＭＢを備えるようにし、該ブレーキ装置ＭＢを減速機構を構成する歯車に対してモータＭと並置して配置するようにしている。この態様では、モータの全長を短くすることができ、駆動系全体を当該関節アーム内に収容することが容易となる。
【００３１】
上記の説明は、本発明による多関節ロボットのいくつかの好ましい形態の説明であって、他に多くの形態を取ることができる。例えば、関節数が６のものとして説明したが、それ以上であってもよく、それ以下であってもよい。水平旋回軸と傾斜旋回軸が共に１個以上存在すれば、本発明による多関節ロボットは成立する。ロボットの使用環境に応じて、適宜数の関節数を設定すればよい。また、水平旋回軸と傾斜旋回軸とを交互に配置したものを示したが、傾斜旋回軸を２個以上連続して配置することもできる。その場合には、傾斜旋回軸の傾斜角度は基準となる垂直軸に対して４５度よりも小さい角度であることが望ましい。図１、図２に示した形態のロボットにおいても、傾斜旋回軸の傾斜角度を基準となる垂直軸に対して４５度以外の角度としてもよい。減速機構も歯車減速機構に限らず、他の減速機構を用いることもできる。歯車減速機構と併用することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、広い作動エリアを持ちながらデッドスペースを小さくすることができ、また、各関節を動かすのに必要な動力伝達系もきわめて簡素化することのできる、改良された多関節ロボットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多関節ロボットの一実施の形態を示す全体図。
【図２】図１に示すロボットの一部を拡大して示す断面図。
【図３】図１に示す多関節ロボットの作動範囲を説明する図。
【図４】図１に示す多関節ロボットの作動範囲を説明する他の図。
【図５】本発明による多関節ロボットの使用態様の一例を説明する図。
【図６】本発明による多関節ロボットの他の実施の形態を示す全体図。
【図７】更に他の実施の形態を説明するための部分図。
【図８】従来の工業用ロボットを説明する図。
【符号の説明】
１０…多関節ロボット、Ａ１〜Ａ７…関節アーム、Ｍ…駆動モータ、Ｃ…ケーブル類、１５、１５Ａ、１５Ｂ…水平旋回軸（第１の旋回軸）、３２、３２Ａ、３２Ｂ…傾斜旋回軸（第２の旋回軸）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an articulated robot mainly used for industrial purposes.
[0002]
[Prior art]
A polar coordinate articulated robot is often used as an industrial robot. FIG. 8 shows an example thereof. The first arm 1 is swingably attached to the base 3, the second arm 2 is swingably attached to the tip of the first arm 1, and a multidirectional type is attached to the tip. A wrist mechanism 4 is provided. A necessary tool hand, for example, a welding gun or a gripping tool, is attached to the tip of the wrist mechanism 4 to perform work as a robot.
[0003]
As an example of a wrist mechanism, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-288690) discloses that a central cylinder and three members, ie, first and second end cylinders at both ends thereof, and the axis of each cylinder are used. The rotating member at the tip of the second end cylinder is guided to an intended position in the three-dimensional space by connecting the members in a crossing direction with each other so as to be rotatable and relatively rotating each member. A wrist mechanism is described. Each cylinder rotates relative to each other via a transmission shaft and a gear transmission mechanism, and a base end portion of the transmission shaft is connected to a motor as a drive source. As another wrist mechanism, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-21882) discloses a self-contained type in which two motors as drive sources of a biaxial wrist mechanism are housed in a power housing. .
[0004]
[Patent Document 1]
JP 63-288690 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-21882
[Problems to be solved by the invention]
The conventional robot shown in FIG. 8 is intended to secure the operation range of the robot by the length of the first arm 1 and the second arm, and since the number of joints to the wrist mechanism 4 is small, the operation is close to that of the robot. In the area, the dead space due to the bending of the first arm 1 and the second arm tends to increase. For this reason, it is difficult to place a plurality of robots in close proximity, and the environment in which the robots are used is naturally limited.
[0006]
As a wrist mechanism, a compact one as described in the above publication is known. However, the wrist mechanism does not function as a robot by itself, and requires a long arm, and in particular, Japanese Patent Laid-Open No. 63-288690. The three cylinders described in the Japanese Patent Publication are configured to rotate relative to each other via a transmission shaft and a gear transmission mechanism so that power is transmitted from one motor as a drive source to all the drive shafts. It becomes mechanically complicated.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the dead space while having a wide operating area, and also simplify the power transmission system necessary to move each joint. An object of the present invention is to provide an improved articulated robot.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The multi-indirect robot according to the present invention is configured by connecting an arm with a plurality of joint arms, where the joint arms are connected to each other via a first turning shaft, A motor and a speed reduction mechanism for driving each swivel shaft, each having at least one place connected via a second swivel shaft having an axis centered on the axis of the swivel shaft. It arrange | positions for every turning axis, It is characterized by the above-mentioned.
[0009]
The multi-indirect robot described above is provided with a motor and a speed reduction mechanism as drive sources for each joint, and the drive mechanism and power transmission mechanism of the entire robot are greatly simplified. Then, for example, the joint arm connected by the first turning axis which is a horizontal turning axis is connected by the second turning axis (inclined turning axis) having an axis center inclined to the axis of the first turning axis. Preferably, a plurality of articulated arms are alternately connected to form the entire arm, and a robot having a conventional first arm and second arm as shown in FIG. Compared with, dead space can be reduced. Therefore, it becomes possible to arrange many robots close to each other, and the degree of freedom with respect to the environment in which the robots are used increases.
[0010]
There is no particular limitation on the inclination angle of the second pivot axis with respect to the axis of the first pivot axis, but it is preferably 45 degrees. In addition, as described above, arranging a plurality of joint arms so that the first pivot axis and the second pivot axis are alternately positioned is the position of the tool hand attached to the tip of the arm in the three-dimensional space. Although it is preferable from the viewpoint of facilitating the control, for example, two or more connecting portions by the second turning axis (inclined turning axis) may be continued according to the use environment of the robot. In that case, the inclination angle of the second turning axis with respect to the first turning axis can be made different for each second turning axis.
[0011]
In one aspect of the articulated robot according to the present invention, each of the first pivot axis and the second pivot axis has a hollow portion, and is attached to cables necessary for operation of the articulated robot, for example, an arm tip. Cables for operating the tool hand, piping and wiring, wirings for the motor located at the upper level, and the like are disposed through the hollow portion. In this aspect, there is no cable or wiring on the outside of the arm, so it is possible to eliminate the risk of the arm coming into contact with equipment around the robot, placing the robots close to each other, It is possible to arrange them closer to each other, and the safety of the operating environment is ensured and the space is also saved.
[0012]
In one aspect of the multi-joint robot according to the present invention, each joint arm is provided with one motor that drives either the first pivot axis or the second pivot axis connected thereto. In another aspect, among the plurality of joint arms, in the plurality of joint arms provided with the first turning shaft at one end and the second turning shaft at the other end, the first turning shaft and the second turning arm are provided. The joint arm provided with two motors that respectively drive the pivot shafts and the joint arm provided with no motor are alternately connected. In the latter mode, the presence of a joint arm that does not include a motor makes it possible to shorten the overall length of the arm even in the case of a robot having the same number of joints as compared to the case of the former mode. In an environment where a low working height is required, this aspect is extremely effective.
[0013]
In general, a motor used in this type of robot or the like generally includes an encoder and a brake for position control in addition to a motor main body which is a drive unit. Therefore, the total length becomes long, and when attached to the joint arm, the tip end tends to jump out of the casing constituting the joint arm. As described above, when there is an object that protrudes outward from the joint arm, it is necessary to make a large surrounding space in order to eliminate interference with the surroundings. Although the pop-out can be prevented by increasing the joint arm diameter, it is contrary to the purpose of the articulated robot of the present invention originally intended for space saving.
[0014]
One aspect of the multi-joint robot according to the present invention is made in view of such circumstances. In at least one joint arm, the joint arm is provided with a brake device independent of the motor, and the brake device is provided. Is characterized in that it is arranged in parallel with the motor with respect to the gear constituting the speed reduction mechanism. In this aspect, the entire length of the motor can be shortened, and the entire drive system can be easily accommodated in the joint arm without increasing the diameter of the joint arm.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described by way of embodiments. 1 and 2 show an embodiment of an articulated robot 10 according to the present invention. In this example, the number of joints is six and the number of joint arms is seven. The first joint arm A1 is fixed to the base G and functions as a machine base, and includes a motor M1 as a drive source and an introduction hole 11 for cables. The motor M1 is of a type having a built-in encoder and brake device, and has a rotary drive shaft 12 oriented in the horizontal direction and a bell gear 13 attached to the tip thereof.
[0016]
A hollow fixed shaft 14 is erected in the vertical direction on the first joint arm A1 and corresponds to a horizontal swing shaft (corresponding to the “first swing shaft” in the present invention) so as to be fitted on the shaft 14. Yes) 15 is installed. A bevel gear 16 is attached to the lower end of the horizontal turning shaft 15 and meshes with a bevel gear 13 attached to the rotational drive shaft 12 of the motor. The meshing between the bevel gear 13 and the bevel gear 16 forms one speed reduction mechanism. As well shown in the enlarged view of FIG. 2, the upper end surface of the first joint arm A1 is concentric with the axis L1 of the hollow fixed shaft 14 (which is also the axis of the horizontal turning shaft 15). The outer race B1 of the bearing B is fixed. On the other hand, the inner race B2 of the bearing B is fixed to the horizontal turning shaft 15 side through appropriate means, and the upper end of the second joint arm A2 having a cylindrical shape via a thrust bearing 17 or the like is attached to the upper end thereof. The lower end surface 21 is fixed. Therefore, when the motor M1 is rotationally driven, the rotation is transmitted to the horizontal turning shaft 15 via the bevel gear 13 and the bevel gear 16, and the second joint arm A2 rotates within a range of 360 degrees. The portion of the horizontal turning shaft 15 constitutes a first joint.
[0017]
The second joint arm A2 has a cylindrical shape, and an upper end surface is formed by an inclined surface 22 inclined at 45 degrees with respect to its axis (corresponding to the axis L1), and a horizontal plane 23 following the inclined surface 22. And has a space 24 inside. Note that the horizontal surface 23 is used to keep the height of the second joint arm A2 low, and if there is no height restriction, the entire upper end surface may be the inclined surface 22.
[0018]
On the second joint arm A2, there is located a cylindrical third joint arm A3 whose lower end surface is an inclined surface 31 inclined at 45 degrees with respect to its axis. In the second joint arm A2 and the third joint arm A3, the inclined surface 22 and the inclined surface 31 are inclined at 45 degrees with respect to the axial center line L1 and intersect with the axial center line L1. An inclined swivel shaft having L2 (corresponding to a “second swivel shaft” in the present invention) 32 is connected so as to be relatively rotatable.
[0019]
That is, an opening 25 having a center line L2 as a center line is formed in the inclined surface 22 of the second joint arm A2, and a bearing B similar to the bearing B described above is formed on a concentric circle of the center line L2. The inner race B2 is fixed. On the other hand, on the inclined surface 31 of the third joint arm A3, a hollow fixed shaft 33 centering on the axis L2 is attached in a direction perpendicular to the inclined surface 31, and the fixed shaft 33 is The space 24 of the two joint arms A2 is reached. An inclined swivel shaft 32 is attached so as to be externally fitted to the fixed shaft 33, and a gear 34 is attached to the upper end (the third joint arm A3 side). The outer peripheral portion of the inclined turning shaft 32 is integrated with the outer race B1 of the bearing B fixed to the inclined surface 31 of the third joint arm A3 through appropriate means.
[0020]
A motor M2 is provided in the third joint arm A3, and the gear 35 and the gear 34 attached to the rotation drive shaft of the motor M2 are engaged with each other. Therefore, when the motor M2 is driven to rotate, the rotation is transmitted to the inclined turning shaft 32 via the gear 35 and the gear 34, whereby the third joint arm A3 is relatively moved with respect to the second joint arm A2. It can rotate in the range of 360 degrees. The portion of the inclined turning shaft 32 constitutes a second joint.
[0021]
The upper end surface of the third joint arm A3 is a horizontal plane 36, to which the horizontal turning shaft 15A is mounted in substantially the same manner as the upper end surface of the first joint arm A1. That is, an opening 37 is formed at the center of the horizontal plane 36, and the center line thereof coincides with the axis L1 when the entire robot is in a vertical posture as shown in the figure. A hollow fixed shaft 14A centering on the axial center line of the opening 37 is fixed in the vertical direction, and a horizontal turning shaft 15A is mounted so as to be externally fitted to the fixed shaft 14A.
[0022]
A gear 16A is attached to the lower end of the horizontal turning shaft 15A, and meshes with a gear (not shown in FIGS. 1 and 2) attached to the rotation drive shaft of the motor M3 mounted in the third joint arm A3. Yes. The outer race B1 of the bearing B is fixed to the upper end horizontal surface 36 of the third joint arm A3 on a concentric circle with the axis of the fixed shaft 14A, and the inner race B2 of the bearing B is formed on the outer periphery of the horizontal turning shaft 15A. It is fixed via appropriate means. A fourth joint arm A4 having the same configuration as that of the second joint arm A2 is similarly fixed to the upper end of the horizontal turning shaft 15A via a thrust bearing 17A. Therefore, when the motor M3 is driven to rotate, the rotation is transmitted to the horizontal turning shaft 15A via the gear and the gear 16A, and the fourth joint arm A4 is rotated 360 degrees relative to the third turning arm A3. Rotate in range. This horizontal turning shaft 15A constitutes a third joint.
[0023]
On the fourth turning arm A4, a fifth turning arm A5 having the same configuration as that of the third turning arm A3 is arranged in the same manner, and the portion of the inclined turning shaft 32A connecting the both has the fourth joint. Constitute. Further, a sixth joint arm A6 having the same configuration as that of the second joint arm A2 is again arranged on the fifth turning arm A5, and the portion of the horizontal turning shaft 15B connecting the two is as follows. Configure the fifth joint. Then, on the sixth joint arm A6, a seventh turning arm A7 having a configuration in which the flat surface 50 is formed by removing the horizontal turning shafts 15A, 15B at the upper end from the third or fifth turning arm A3, A5. Are arranged in the same manner, and the portion of the inclined turning shaft 32B connecting the both constitutes the sixth joint. The flat surface 50 of the seventh turning arm A7 is used as a tool hand mounting surface, and a tool hand such as a welding gun, a painting gun, or a gripping tool is attached to the multi-joint robot 10 having six joints.
[0024]
In FIGS. 1 and 2, C is a cable, piping, or wiring necessary for the operation of the articulated robot 10, and is required through the space in each joint arm and the hollow portion formed in each pivot axis. Guided to places. With this configuration, the cables and wirings are not located outside the joint arm, and the risk that the cables come into contact with devices around the robot can be avoided. Of course, the cables can be arranged without using the above-described hollow portion. In that case, the hollow part formed in each turning axis becomes unnecessary.
[0025]
In the above form, the third and fifth joint arms A3 and A5 accommodate two drive motors (for example, M2 and M3) for the horizontal pivot shaft and the tilt pivot shaft arranged at the upper and lower ends thereof. The drive motor is not accommodated in the second, fourth, and sixth joint arms A2, A4, and A6. Therefore, the total length of the second, fourth, and sixth joint arms A2, A4, and A6 can be made shorter than when one motor is accommodated therein, and the number of joints is the same, The total length of the robot can be reduced as compared with the case where the drive motor is arranged in each joint arm.
[0026]
FIG. 3 illustrates an operation range on the vertical plane of the articulated robot 10 illustrated in FIGS. 1 and 2. When the motor M2 is driven to rotate the second joint (inclined turning shaft 32) by 180 degrees, the robot that has been in the vertical posture becomes the horizontal posture indicated by P1 or P2. When the motor M1 is driven in this posture, the first joint (horizontal turning shaft 15) rotates, and the robot rotates in the range of 360 degrees while maintaining the horizontal posture. When the fourth joint (inclined turning shaft 32A) is rotated 180 degrees in the posture of P1 or P2, the portion ahead of the fourth joint that was in the horizontal posture becomes a vertical posture indicated by P3. When the third joint (horizontal turning shaft 15A) is rotated in this state, the portion ahead of the fourth joint moves in the range of 360 degrees within the vertical plane. Further, when the sixth joint (inclined turning shaft 32B) is rotated 180 degrees in the posture shown in P3, the portion ahead of the sixth joint in the vertical posture becomes the horizontal posture shown in P4. When the fifth joint portion (horizontal turning shaft 15B) is rotated in this state, the portion ahead of the sixth joint moves within the range of 360 degrees within the horizontal plane. The curve connecting the tips of the robots in FIG. 3 draws the movement trajectory of the outermost edge, and indicates the maximum operating range of the robot shown in FIG.
[0027]
FIG. 4 is a diagram showing an operation range when the tip portion of the robot takes a vertical posture, and a description of a specific movement mode of each joint is omitted, but as in the case of FIG. 3, a curve connecting the tip of the robot Thus, it is possible to grasp the maximum operating range in the above posture in the robot having the configuration shown in FIGS.
[0028]
FIG. 5 shows an example of how the multi-joint robot 10 is used. As described above, the articulated robot according to the present invention has a simple configuration and can have many joints from the base to the attachment end of the tool hand such as a welding gun or a gripping tool. Compared with a robot of the type, the dead space in its operating range can be made extremely small. Therefore, as shown in the drawing, a plurality of articulated robots 10 can be arranged close to each other in a narrower area. In addition to the conventional use as a welding robot equipped with a welding gun, welding can be performed. It can also be used as a holding robot for holding the workpiece W to be processed. Even if the type, shape, and size of the workpiece W are different, they can be easily held by the same robot group, and this use mode is a great practical advantage.
[0029]
FIG. 6 shows another form of articulated robot 10A. Here, one drive motor is provided for each joint arm. That is, the motor M1 is attached to the joint arm A2 to operate the first joint (horizontal turning shaft 15), the motor M2 is attached to the joint arm A3 to operate the second joint (inclined turning shaft 32), and Similarly, this is repeated up to the joint arm A7. In this aspect, since the drive motors are held in all the joint arms, the length of each joint arm is increased, but there is an advantage that the diameter of the arm itself can be reduced. The operation and operation range of the robot of this embodiment is the same as that of the above-described embodiment, and the description is omitted.
[0030]
FIG. 7 shows a state of another type of robot as seen from the direction of arrow X in FIG. In the articulated robot shown in FIG. 1 and FIG. 2, all the motors have been described as having a built-in encoder and brake device. Here, however, the brake device MB is provided with an independent brake device MB from the motor M. The MB is arranged in parallel with the motor M with respect to the gear constituting the speed reduction mechanism. In this aspect, the overall length of the motor can be shortened, and the entire drive system can be easily accommodated in the joint arm.
[0031]
The above description is an explanation of some preferred forms of an articulated robot according to the present invention and can take many other forms. For example, although the number of joints has been described as six, it may be more or less. The articulated robot according to the present invention is established if there are at least one horizontal turning axis and one inclined turning axis. An appropriate number of joints may be set according to the use environment of the robot. Moreover, although what showed the horizontal rotation axis | shaft and the inclination rotation axis | shaft alternately was shown, two or more inclination rotation axes can also be arrange | positioned continuously. In that case, it is desirable that the inclination angle of the inclined turning axis is smaller than 45 degrees with respect to the reference vertical axis. Also in the robot shown in FIGS. 1 and 2, the tilt angle of the tilt rotation axis may be an angle other than 45 degrees with respect to the reference vertical axis. The speed reduction mechanism is not limited to the gear speed reduction mechanism, and other speed reduction mechanisms may be used. It can also be used in combination with a gear reduction mechanism.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided an improved articulated robot capable of reducing a dead space while having a wide operation area, and extremely simplifying a power transmission system necessary for moving each joint. can get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing an embodiment of an articulated robot according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the robot shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation range of the articulated robot shown in FIG. 1;
4 is another diagram for explaining the operation range of the articulated robot shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of how the articulated robot according to the present invention is used.
FIG. 6 is an overall view showing another embodiment of an articulated robot according to the present invention.
FIG. 7 is a partial view for explaining still another embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional industrial robot.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Articulated robot, A1-A7 ... Articulated arm, M ... Drive motor, C ... Cables, 15, 15A, 15B ... Horizontal turning axis (first turning axis), 32, 32A, 32B ... Inclined turning axis ( Second swivel axis)

Claims

A second joint having a plurality of joint arms, the joint arms being connected to each other via a first turning shaft, and a shaft center line inclined to the shaft center line of the first turning shaft; Each having at least one place connected via a turning axis, and a motor and a speed reduction mechanism for driving each turning axis are articulated robots arranged for each turning axis,
In a joint arm having a first pivot shaft at one end and a second pivot shaft at the other end of the plurality of joint arms, two motors for driving the first pivot shaft and the second pivot shaft, respectively. A multi-joint robot characterized in that a joint arm provided and a joint arm not provided with a motor are alternately connected.

Each of the first pivot shaft and the second pivot shaft has a hollow portion, and cables necessary for operation of the articulated robot are disposed through the hollow portion. The articulated robot according to 1.